TW200917346A - Method and system for high-speed, precise, laser-based modification of one or more electrical elements - Google Patents

Description

200917346 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域j 相關申請案的交互參考 本申請案是已經公開的標題為“Method and System for 5 Precise Laser Trimming and Device Produced Thereby”之美 國專利申請案2006/0199354(，9354公開案）的部分延續案， 其被讓與本發明的受讓人，並於此整體併入參考。，9354公 開案揭露用於修整，特別是用於在包括陶瓷基材的各種基 材上修整薄膜電阻器之雷射的多種特性。一典型的雷射是 10在達到ΙΟΟΚΗζ之範圍操作的q開關雷射。雷射參數可包括 1〇〇奈秒(ns)脈衝寬度，其中在每一脈衝中有大約1〇〇微焦耳 (μ】)的能量。’9354公開案也揭露了在修整中使用的各種非 習知雷射子系統，例如ΜΟΡΑ光纖組態和超短雷射器。 發明領域 15 本發明大體與雷射材料加工有關，舉例來說，斑雷射 式微機械有關。本發明的實施例特別針對多種材料I置之 一或多材料的修改，而不引起性能漂移或者例如主動電子 裝置之特定類型裝置的故障。某些實施例與積體電路之雷 射修整、調諧或其他調整或使用超短雷射之其他電子元件 20 有關。 【先前技術3 發明背景 與“功能性加工”有關的問題如在日本公開案Jp S62-160726 (Fujiwara，7%專利公開案）和美國專利 5 200917346 5,685,995(’995專利)和5,808,272(，272專利）中揭露。解決方 案大體與操作半導體材料加工裝置有關，例如用於以相對 應低吸收和量子效率之波長進行功能性修整的雷射。參 考726專利公開案，以及，995和，272專利案之揭露内容，該 5等案件的一些部分於此被併入。雷射修整的若干層面在 年出版的 “LIA Handbook of Laser Material

Pr〇CeSSing (以下簡稱“手冊，，）之第17章（“Trimming”）的第 583-588頁中被討論。 10 15 20 第la圖疋—先前技術積體電路之一部分的平面視圖， Ά述了在金屬捿觸之間具有電阻器圖案路徑的電阻器。 電P器的電阻值主要是圖案幾何、接觸間之路徑長度、構 成電P H之材料厚度的函數。在該等電阻器其巾—個上面 、 '、描述典型的雷射誘發修改。在該l切法中，一第 一條電阻材料右—I士 垂直於該等接觸之間連線的方向上被移 、、實見電1^值的粗略調整。然後垂直於該第-條的-鄰接第二條可祐#队 皮移除，以對電阻值作精細的調整。在另一 電阻器上的I、， 蚊 匕、，文刀法，’描述另一常見的類型或雷射調 在匕文切割令，電阻器材料沿著線路被移除，以增加 ,、長X線路被延長直到達到一期望電阻值。 叩ham的美國專利4,39w5(被受讓給A_g裝置公 ^其承^電路凡件通常包含一典型石夕摻雜的半導體基 下上述電1動和/或被動電路元件之組合。在許多情況 材相分kttlT形成f㈣並錢過介電材料與基 才料的薄膜。Lapham揭露修整受雷射影 6 200917346 響’其中雷射被選擇和/或被調整以使波長足夠的長，以至 於其發射光束中的光子能將小於摻雜半導體基材材料的帶 隙能階。用另外一種方式表述這種關係就是，雷射光束頻 率應該小於Eg/h’其中Eg是摻雜基材的光學帶隙能量，“h” 5是普朗克常數(planck，s constant)。產生的結果是基材中的 旎里吸收位準有很大程度的降低，因此較高功率的雷射光 束可用於修整。 第lb圖是一先前技術被啟動之動態修整系統和裝置的 方塊圖。第lc圖是一倍增管的一簡化示意圖，其中第比 10和1c圖分別對應由Analog裝置公司於丨976年公開 的Nonlinear Circuits Handbook”之手冊第3章中的第3和4 圖。上述參考在相關部分揭露：第4圖是一倍增管的一簡化 示意圖°在正常運作中…⑨定電壓被施加在·Χ輸入來調 整X-輸入電晶體對的偏移。在動態修整中，χ輸入被保持在 15零伏特(-Υ輸入也是如此），而+γ輸入在—特定電壓對之間 切換。雷射然後增㈣狄的電阻，這在最小線性饋通 ("through)級調節電流平衡。這是透過裝置輸出的相敏斬 取(chopping)和渡波測量的；當濾波器的輸出為零時，雷射 被關閉，表示在兩個輸入級饋通相等。+χ輸入的饋通以一 2〇類似方式被調整，透過保持γ輸入和_χ輸入於零和增加化 或R4的電阻。-旦裝置被插人電源並與χ_γ表四配，則修整 私序疋凡王自動的。著者也注意到結果是無需調整或無需 外部元件，即可被接上電源和打開的一積體電路倍增管。 功能性加工被R. H. Wagner 1986_月出版的^正公 200917346 報第 611 卷的 12-13 頁之”Functional Laser Trimming: An Overview” ；以及M. J. Mueller和W. Mickanin 1986年1 月出 版的 SPIE 公報第 611 卷的 70-83 頁之”Functional Laser Trimming of Thin Film Resistors on Silicon ICs”進一步詳細 5 地描述。 儘管有先前技術，仍然需要進一步改善例如，修整矽 或其他半導體基材上之目前主動裝置的雷射修整加工。 【發明内容3 發明概要 10 因此，期望的是，有一種新的將允許較小雷射光點大 小而又同時減小光電響應以及避免不期望的基材損傷的雷 射修整技術。 本發明之至少一個實施例的目的之一是允許更加快速 的功能性雷射加工，緩解電路設計的幾何限制以及使密度 15更高和更小型裝置的生產更容易。 在執行上述目標以及本發明的其他目標的過程中，一 種至V電氣元件之馬速精準雷射式修改來調整一可測量 參數之方法被提供。上述至少-電氣元件包含一種目標材 料亚且該材料被支撐在一基材上面。上述方法包括以一重 2〇複率產生具有一或更多雷射脈衝的一脈衝雷射輸出。每一 雷射脈衝具有-脈衝能量，一雷射波長以及至少一時間特 性，其足以減小目標材料之熔蝕臨界能量密度，以避免非 目標材料之實質偽光電效應以及對非目標材料不期望的損 傷。上述方法進-步包括用聚焦成至少一光點的一或更多 8 200917346 雷射脈衝選擇性地照射上述至少—個電氣元件，以引起該 等具有波長、能量和至少—時間特性的—或更多雷射脈衝 選擇性地修改上述至少—電氣元件之目標材料的物理性 質’而同時避免非目標材料之實質偽光電效應以及對非目 標材料不期望的損傷。 §亥照射步驟可選擇性地溶触部分目標材料，波長可在 至少該目標材料之敏度範圍内。 7 ,、時間特性可包括一脈衝期間，並且溶餘臨 10 15 20 界能^度谓著減小的脈衝期間而減小。 參數電氣元件被可操作地連接到-具有可測量 少-上述方法可進一步包括啟動該裝置的至 的值。、在產生步驟期間或之後測量該可測量參數 間的亡特性可包括大約25飛秒或更長持續時 每-特性可包括實質方形脈衝形狀，並且 該目標和非於大約10奈秒的持續時間。 量密度臨界值的/料都可被支#在具有1材炫触能 — q一非目標基材上面。 :一雷射脈衝可具有大於25飛秒且小 持續時間。 大約1 〇奈秒的 上述雷射式修改可為雷射修整並 步包括比較該參數 上述方法可進一 決定該目標材料是否：：=值與該參數的1選值，然後 射輸出進行-照射來滿足 9 200917346 該裝置之參數之預選值。 目標材料可構成一目標結構的一部分，而非目標材料 可包含支撐該目標結構之基材的材料。非目標材料可包括 石夕、鍺、珅化鎵銦、半導體和陶變*材料中的至少一種，而 5 目標材料可包括紹、鈦、鎳、銅、鎢、銘、金、絡、氮化 钽、氮化鈦、矽化鉋、摻雜型多晶矽、二矽化物及多矽結 構中的至少一種。 該非目標材料可包含鄰接該目標材料之一電子結構的 一部分。 10 該鄰接電子結構可包含一基於半導體材料的基材或一 陶瓷基材。 該目標材料可構成一薄膜電阻器、一電容器、一電感 器、一積體電路或一主動裝置的一部分。 該目標材料可構成一主動裝置的一部分，其中該主動 15 裝置可包括至少一導電鏈路，並且該裝置可被調整，透過 執行該產生和照射步驟而透過移動上述至少一導電鏈路而 至少部分地被調整。 該目標材料或非目標材料可包含一光電感測元件的一 部分。 20 該光電感測組件可包含一光二極體或一CCD。 該裝置可以是一光電裝置，並且目標材料或非目標材 料可包含該光電裝置的一部分。該裝置可包括一光感測元 件和被可操作地耦接到該光感測元件的一放大器，雷射波 長可在該光感測元件之高量子效率區域内，因此上述至少 10 200917346 一光點的大小 小是可縮小的 相車X於在大於Ιμπι之一波長所產生的光點大 可進測組件和該放大器可為一整合組件。上述方法 步包括產生一光學測量信號並沿一路徑引導該測量 其中該路經與—或更多雷射脈衝之-路徑且有一丘 同部分。 八 八 10 15 該決定步驟實質上可在該照射步驟之後馬上被執行。 在I、、射和測量步狀間實f上可能沒有裝置趨穩時間。 "上述至少—電氣元件可包括一或更多實質上具有不同 光學性質的轉。該產生步驟可[域姊功率放大器 )實現δ亥主振蘆器可包括—半導體雷射二極體。上 述方法可進—步包括施加—信號到該雷射二極體來控制上 述至少，間特性，以選擇性地修改目標⑽的物理性質。 上述至j -時間特性可包括一脈衝期間。基材可為石夕 基材，波長可小於，脈衝期間可小於大約⑽皮秒。 波長可在1.5_左右’並且產生步驟可用一推斜光纖 放大器和-種子雷射二極體至少部分地被執行。光電靈敏 度可在測里與上述至少—兀件相關的操作參數之裝置的檢 測限值以下，因此一測量的有用動態範圍可能受該裝置之 20最大動態範圍的限制。 上述至少—時間特性可包括—脈衝期間。基材可為石夕 基材’波長可小於800nm ’脈衝期間可小於大約1〇〇皮秒。 上述至少一時間特性可包括—脈衝期間。基材可為矽 基材，波長可小於550nm，脈衝期間可小於大約1〇皮秒。 11 200917346 上述至少一時間特性可包括—脈衝期間。基材可為石夕 基材，波長可小於400nm，脈衝期間可小於大約1〇皮秒。該 產生步驟可用-UV鎖模雷射器至少部分地被執行。 該產生步驟可使用一 ΜΟΡΑ執行。該等雷射脈衝之中每 5 -個的時間形狀實質上至少部分可為方形，有大約2奈秒或 更短的一上升時間。 趨穩時間可以是0.5毫秒或更短。 進一步實現上述目的以及本發明的其他目的，一種用 於至；一電氣元件之馬速精準雷射式修改以調整一可測量 10參數之系統被提供。上述至少_電氣元件包括被支撑在一 基材上面的-目標材料。該系統包括以一重複率產生具有 一或更多雷射脈衝之-脈衝雷射輸出的—雷射子系統。每 一雷射脈衝具有-脈衝能量、1射波長以及至少一時間 特性，其足以減小目標材料之熔餘臨界能量冑度，以避免 15非目標材料之實質偽(spuri〇us)光電效應以及對非目標材料 不期望的損傷。δ亥系統進一步包括一光束定位器，其用聚 焦成至少-光點的-或更多雷射脈衝選擇性地照射上述至 少-個電氣元件，以引起具有波長、能量和至少一時間特 性的該等一或更多雷射脈衝選擇性地修改上述至少一電氣 20 7L件之目標材料的一物理性質，而同時避免非目標材料之 實質偽光電效應以及對非目標材料不期望的損傷。 上述一或更多聚焦雷射脈衝可選擇性地熔蝕部分目標 材料’波長可在至少該目標材料之炫減感度範圍内。 上述至少一時間特性可包括一脈衝期間，並且熔蝕臨 12 200917346 界能量密度可隨著減小的脈衝期間而減小。 上述至少一電氣元件被可操作地連接到一具有可測量 參數的電子裝置。該系統可進一步包括用於啟動該裝置之 至少一部分的一電氣輸入，以及用於在上述一或更多雷射 5 脈衝產生後測量該可測量參數之值的一檢測器。 上述至少一時間特性可包括大約2 5飛秒或更長持續時 間的一脈衝期間。 上述至少一時間特性可包括一實質上為方形的脈衝形 狀，並且每一雷射脈衝可具有少於大約10奈秒的一持續時間。 10 該目標和非目標材料都可被支撐在基材上面，該基材 為具有一基材溶触能量密度臨界值的一非目標基材。 每一雷射脈衝可具有大於25飛秒且小於大約10奈秒的 一持續時間。 上述雷射式修改可為雷射修整。該系統可進一步包括 15 用以比較該參數之一實際值與該參數之一預選值的裝置， 以及用以決定該目標材料是否需要用雷射輸出進行額外照 射來滿足該裝置參數的預選值。 目標材料可構成一目標結構的一部分，而非目標材料 可包含支撐該目標結構之基材的材料。非目標材料可包括 20石夕、鍺、坤化鎵銦、半導體和陶兗材料中的至少一種，而 目標材料可包括IS、鈦、鎳、銅、鎢、銘、金、鉻、氮化 鈕、氮化鈦、矽化鉋、摻雜型多晶矽、二矽化物以及多矽 結構中的至少一種。 該非目標材料可包含鄰接該目標材料之一電子結構的 13 200917346 一部分。 該鄰接電子結構可包含一 陶瓷基材。 基於半導體材料的基材或一 該目標材料可構成一薄膜電阻器、一電容器、一電感 5益或一主動裝置的一部分。 該目標材料可構成一主動裝置的一部分，其中該主動 裝置可包括至少一導電鏈路，並且該主動裳置可被調整， 透過移動上述至少—導電鏈路至少部分地被調整。 該目標材料或非目標材料可包含一光電感測元件的一 10 部分。 該光電感測元件可包含一光二極體或— CCD。 該裝置可以是-光電裝置，並且該目標材料或非目標 材料可包含該光電裝置的一部分。該裝置可包括一光感測 元件和被可操作地耗接到該光感測元件的一放大器，雷射 15波長可在該光感測元件之高量子效率區域内，因此上述至 少一光點的大小相較於在大於1卜⑺之一波長所產生的光點 大小是可縮小的。 3亥光感測元件和該放大器可為一整合組件。該系統可 進一步包括用以產生一光學測量信號的裴置和用以沿一路 20徑引導該測量信號的裝置，其中該路經與上述一或更多雷 射脈衝之一路徑有一共同部分。 用以決定之裝置在透過該光束定位器照射後可實質上 馬上決定。 在該光束定位器照射和該檢測器測量之間實質上可能 200917346 沒有裝置趨穩時間。 上述至少一電氣元件可包括一或更多實質上具有不同 光學性質的元件。該雷射子系統可包括一主振盪器和功率 放大器（ΜΟΡΑ)。該主振盪器可包括一半導體雷射二極體和 5被可操作地耦接到該雷射二極體的一電腦。該電腦可被規 劃施加一信號到該雷射二極體來控制上述至少一時間特 性，以選擇性地修改目標材料的物理性質。 上述至少一時間特性可包括一脈衝期間。基材可為矽 基材’波長可小於1.6μηι，脈衝期間可小於大約1〇〇皮秒。 1〇 波長可約為，雷射子系統可包括一摻铒光纖放 大器和一種子雷射二極體。光電靈敏度可在測量與上述至少 一電氣元件相關之操作參數之裝置的檢測限值以下，藉此電 阻測量的有用動態範圍可能受裝置之最大動態範圍限制。 上述至少一時間特性可包括一脈衝期間。基材可為矽 15基材，波長可小於8〇〇nm，並且該脈衝期間可小於大約1〇〇 皮秒。 上述至少一時間特性可包括一脈衝期間。該基材可為 矽基材，波長可小於55〇nm，並且該脈衝期間可小於大約1〇 皮秒。 ί〇 上述至少一時間特性可包括一脈衝期間。該基材可為 矽基材，波長可小於4〇〇nm，並且該脈衝期間可小於大約1〇 皮秒。該雷射子系統可以是一 UV鎖模雷射器。 —上述雷射子系統可具有一 M0PA組配。該等雷射脈衝之 中每—個的時間形狀實質上可為方形，其中有大約2奈秒或 15 200917346 更短的一上升時間。 趨穩時間可為0.5毫秒或更短。 上述雷射子系統f包括-光纖雷射器或—圓盤雷射器。 在結合該等所附圖式的情況下，上述目的及本發明的 5其他目的、特徵和優點將從用來執行本發明之最佳模式的 以下详細描述中而更清楚。 圖式簡單說明 第la圖說明經由利用汉雷射輸出之各種習知功能修整 系統獲得的操作和結果；第13圖是—描述在金屬接觸之間 1〇具有電阻薄臈路徑之電阻器的積體電路的-部分被部分拆 開的俯平面圖；第關是一先前技術自動化動態修整系統 和待測裝置的—方塊圖；第化圖是一倍增管的一簡化示意 圖，+Y輸入在—特定+電壓對之間切換，同時修整雷射增 力R1或R2的電jj且，其中第⑽口 lc圖分別對應由Anal〇g裝置 15 公司於1976 年出版的標題為”Nonlinear Circuits Handb〇〇k” 之手冊第3早的第3和4圖；第ld圖是—半導體晶圓的晶粒之 被。卩刀拆開的俯視示意圖；在該晶粒上有薄膜電阻元件 乂及金屬鍵路（即，銅、金或銘等）；將被加工之裝置的另外 一可能的組合將包括«式裝置； 2〇 第2圖θ 疋〜說明修整所需的最小相對能量與脈衝寬度 之間函數關係的圖； 第3a-3d圖是說明對於某些半導體材料來說的吸收和 光電響應之間關係，以及還有某些材料在一寬波長範圍上 的吸收·； 楚， 3过圖是從 Moss 的 “Optical Properties of 16 200917346

Semiconductors”的第9.7圖截取的，該圖說明了包含爛和銦 的矽的光譜響應；第3b圖是從Lapham等人的美國專利 4,399,345擷取的，該圖說明了矽吸收與波長之間的函數關 係；第3c圖顯示如在，995和，272專利中所說明的基於矽和坤 化鎵銦之檢測器與波長之間的典型響應度曲線；第3d圖是 從Liu等人的公開案（下文）中擷取的，該圖說明波長和摻雜 》農度對於石夕損傷臨界值的影響，其中脈衝波的寬度是15〇fs; 1〇 15 第4a圖是有一相對大HAZ之一習知雷射修整的一俯平 示〜圖’第4b圖是有很小或沒有haz之一示範性超快雷 射修整的—俯平面示意圖；第4c圖是-電阻器的-組合圖 和側面視圖，兮 邊圖垅明用本發明之一實施例將被獲得的一 切口大小和輪廓；_ 的切口大小被顯示； 圖是雷射材料加工脈衝序列的一個例子； 第5b圖是對 、；根據本發明之一實施例所產生的第5a 聚焦雷射點和一脈衝寬度次繞射受限 的雷射材料加 圖 第6圖 方塊圖 喝是說明相對應本發明-實施例之系統的 不意 弟7圖示音料+止 系統；（該系^^朗4目對應本發明另外-實施例的一 翅波長鎖料皮秒歧短之—崎寬度的-第8a-8b圖是示 ， 壓調整器t置的錢跡；第8&圖的軌跡顯示—典型電 …輪出電壓，其中該裝置根據本發明之一 17 200917346 寬度的雷射輸出 實施例經歷雷射功紐加卫；有超短脈衝 電壓中沒有瞬間電壓降；因此，測量可在雷射衝^:出 進行，或者在雷射解之前叙後的任料間進行，= 得輸出電壓的一真實測量值； & 第9a圖是說明一示範性光檢測/放大器裝置的—示音 圖’其中4裝置可根據本發明被修整和測量；以及’、 10 系統 第9b和9c圖說明一些用於修整和測試第％圖之襄置的 【真式】 較佳實施例之詳細說明 如前所述’雷射修整的若干層面在於2002年出版的 LIA Handbook of Laser Material Processing”）以下簡稱“手 15冊”）第17章之“Trimming”的第583_588頁中被討論。所包括 的是有關雷射修整基礎、厚膜修整技術、陶瓷上薄膜、晶 片電阻器修整以及矽上薄膜電阻器修整的討論。該手冊揭 露了短於l〇〇ns的一脈衝期間被用來使材料被加熱和迅速 汽化。透過舉例方式，本申請案的第la圖顯示一電阻器上 20 的典型蛇紋切割，以相對低的修整速度和相對差的穩定性 提供高值變化之修整的實例。其他形狀在該手冊的表格I 中被顯示。 如在手冊中所述的，雷射修整系統主要被電子工業用 來移除材料以“修整”電路元件（通常是電阻器）符合一些特 200917346 疋條件。上述系統通常包括—雷射器、用來相對於基材移 動田射光束的移動機制、一耗接到電腦的控制系統以及測 量系、.先i看和操作元件也是可採用的。本揭露頻繁地提 到trimming ’並且該詞將被廣義地理解。本發明的一些實 5施例被視為大體適用於透過微機械加工一或更多電氣元件 提供雷射式調整之系統，其中該等電氣元件可以是任一類 型電Μ -部分’例如是_ M E M s裝置的一元件。可測量參 數可包括例如電阻、電容和電感中之至少—個的電氣參 數。在-些實施例中，例如溫度、壓力或流體流量的其他 10 物理參數可被測量。 例如特定主動裝置之雷射修整的電路調整可包括梯形 網路鏈路的移除以用不連續步階調整電阻。該等導電鍵路 可包括例如銅或金的高導電率金屬。 上述主動裝置包括，但並不限於放大器、調整器、光 15子裝置以及信號處理元件。第Id圖顯示將使用本發明之系 統被修整的一個裝置的一部分。該裝置可包括可用不連續 步階調整的主動裝置和用1%的精確度被修整的小型薄膜 電阻器，且有其他電路元件緊鄰。所期望的是，調整基材 電路並且降低或避免修整準確性和後修整穩定性對材料幾 2〇 何特性的任何依賴。 本發明的各種實施例提供改善的修整準確性、改盖的 後修整穩定性、避免基材損傷以及降低或有效消除任何偽 光電效應。這些優點一般情況下將被獲得而同時提供較小 的光點大小和切口寬度控制。 19 200917346 本發明的一些實施例大體提供具有光電敏感材料之主 動裝置的雷射修整。該裝置可被一半導體或非導電材料基 材支撐。用於修整的雷射系統可被用來調整厚膜電阻器、 電容器、電感器。在一些實施例+，由例如金或鋼之金屬 5製成的導電鏈路可被切斷來調整電路。一較佳的雷射系統 將能用一單一雷射系統加工上述目標材料的任何組合。 所知的是’熔蝕目標材料所需的能量（對於一給定光點 大小）一般隨著脈衝寬度的減小而減小。例如，所需的能量 可隨著脈衝寬度的平方根減小，其中脈衝寬度下降到約10 1〇皮秒。例如，如果對於一典型用於修整的10〇118脈衝，熔蝕 需要loom，那麼10皮秒(ps)脈衝大約需要1μΙ。當脈衝寬度 小於10皮秒時，能量和脈衝寬度之間的關係可能隨著材料 類型（例如：電介質、導體、半導體）的不同而不同。 第2圖說明修整所需的最小相對能量與脈衝寬度之間 15 的函數關係。 在本發明的-些實施例中，超短雷射可被用於在大小 為1偏㈣的波長修整，或在另一可行的減小的接近IR，可 見或UV波長附近修整。在至少__實施例中，—皮秒或奈秒 整形脈衝雷射可被使用。對於較小的光點大小，可選擇減 小的波長，其從而給出實際的最小限制。此外，如接下來 將被討論的，某些優點也可以在例如155μιη的較長的波長 實現’其中較大的光點是可接受的。 能量僅隨脈衝寬度減小的減小將明顯地降低調整處理 所需的能量。然而，由於雷射光所產生的載子_數目後 20 200917346 而，感應電流)也將被減小。儘管沒有必要實施本發明的實 施例來理解其中的運行機制，但是申請人相信透過雷射光 照射可在矽中產生的過剩載子N可被推算正比與以下因 子.1)矽的能量密度(E) ; 2)耦合到矽的入射光部分(A);以 5及3)與波長有關的吸收係數（《);並且4)反比於光子能(hy。 N 〜[Α*Ε*α ⑷]/〇 因此，Ν正比於能量密度，並且假設平方根關係，則載 子的數目Ν從而也正比於雷射脈衝寬度心的平方根。 Ν〜«2 10 例如，由具有較低能量的10ps雷射脈衝感應產生的光 電流僅分別是由50ns雷射脈衝感應產生光電流的丨4%以及 是由7ns雷射脈衝感應產生光電流的3.4%。 充分減小脈衝寬度的一個進一步相關的好處是在修整 區域外光穿透的深度較淺。熱擴散大小正比於雷射脈衝寬 15 度的平方根。光激發效應將被限制到較小的大小，相較於 由習知q-開關修整雷射之長脈衝寬度所產生的（其中典型脈 衝寬度是數十到上百ns)。位於受影響區域外部的裝置元件 將接收到可忽略不計的感應電流，在使用有相當低能量的 充分短的脈衝下。被減小的光電流減小了用於修整趨穩時 20 間，其中該時間可為0.5ms或更短。此外，該被減小的趨穩 時間可增加脈衝重複率達到修整被執行的測量限值。 光電響應的波長靈敏度可以相差很大。第3a圖（根據 MOSS 的 “Optical Properties of Semiconductors”改編）和 3b圖 (根據美國專利4,399,345, “Lapham”改編）以對數刻度顯示 21 200917346 波長致敏吸收和光響應特性。第3_3d圖以線性刻度例示 光敏裝置的典型響應度曲線(根據，專利和，專利改 編）這些已經發表的圖共同概括說明特定半導體材料吸收 和光電響應在一寬波長範圍内的固有關係。 5 透過舉例的方式，所顯示的是，料收在大約1.2_是 極小值，在習知波長L064Mm和1〇47μηι有一個數量級以 上的快速增長。 儘管最常見的基材材料是矽，但是本發明的一些實施例 也可被施加到鍺、InGaAs或其他半導縣材上的目標材料。 10 進一步檢查上述矽光譜曲線，說明在較短波長時，吸 收有很大程度的增加。當修整某些裝置時，在基材暴露於 較短波長雷射脈衝的地方，基材損傷可能發生。 進一步減小脈衝寬度，例如到達1〇〇fs_1〇ps範圍可緩解 這種效應。透過舉例的方式，Uu等人的公開案”Effects Μ 15 Wavelength and Doping Concentration on Silicon Damage Threshold” ’並且特別是其第2圖顯示矽損傷臨界值對摻雜 濃度和波長的依賴關係。結果被顯示在這裡的汕圖中。臨 界值影響在0_8-2.2μιη波長範圍内顯示僅有約5:1變化。脈衝 寬度被固定在150fs。在該150fs超短脈衝寬度的非線性吸收 20和相對應的高峰值功率可解釋上述被減小的依賴關係。 從第3a到3c圖顯然的是，在相對應的波長範圍内，（線 性)吸收有若干數量級的增加。同時顯然的是，在於此近似 的範圍内發生了最快速的變化，而Si吸收曲線在uv和可見 光範圍内相對平坦，在短波長呈現類金屬特性。因此，可 22 200917346 靠的短波長操作是可能的，只要提供雷射脈衝的能量密度 足夠的低以至於能夠避免基材損傷，而同時又足夠高以能 夠炼钱目標材料。 根據平方根近似，如果脈衝寬度從100ns減小到1〇ns， 5則載子的數目將減小約100倍，從而提供在一些限度之内之 較短波長的操作。而所引用的，995、，272以及，726專利文件 之教示大體講述了在矽的低吸收和低量子效率區域的操 作，根據本發明之至少一個層面的操作被期望來減小波長 靈敏度和相關的限制。 例如在lpS到100pS範圍内之脈衝的較短雷射脈衝在修 整區域外提供光穿透的深度淺。這將在更小的範圍内減小 可觀測光子激發效應。第師扑圖說明一裝置的一部分， 又衝擊雷射輸出影響的區域是脈衝寬度的函數，第圖對 應到一相當長的脈衝。 有適當能量密度的超短雷射脈衝可被用來產生“臨界 溶蚀效應，，’其導致有效光點大小小於在M0U等人的美國 專利5,656，186中所揭露的繞射受限的光點大小。此臨界效 應在第4c圖中被進一步說明。因此，對於所使用的同一波 長，超短雷射可具有較於習知的q-開關雷射更小的切口。 “在至7實施例中，—快速上升/快速下降脈衝特性的 雷射可以被利用。一示範性脈衝形狀被顯示在第5b圖中， 该脈衝是從第5a圖脈衝列擷取的一個脈衝5〇1的放大圖。較 佳脈衝寬度較於習知修整脈《度將再-次被充分地減 ]、特別用於加工具有光電靈敏度的裝置。這樣的-個装 23 200917346 置可被複製在-晶圓上，或者可以是具有各種薄膜電 職置之微电子組合的一部分，其+該等 的一些可錢则他的各缝域具钱電靈敏度。 方形脈衝透過更好地搞合雷射能量到材料而產生更加 有效的加工。不似習知的q-開關脈衝形狀，較快的下降時 間避免來自尾部的過剩能量衝擊材料。因此，修整加工帝 要較少的能量。 "" 、-典型脈衝寬度可在幾皮秒到斜奈秒的範圍内，取 決於特定材料加工要求和目標。 10 —習知波長可以被使用。此外，在至少-實施例中， 波長移位器可被用來增加該波長。例如，方形脈衝可能在 一習知1.064波長和被移位到一較長波長的波長處產生。在 一較佳實施例中，種子雷射器和光纖放大器可被使用，如 在標題為，，Energy-Effident Method and System f0r 15 Processing Target Material Using an Amplified, Wavelength Shifted Pulse Train.”的美國專利（編號6,34〇,806)中之所揭 露。特定較長波長實施例的應用一般受到光點大小要求的 限制，然而從一第一波長到一第二較長波長移位的波長並 不限於IR波長。 20 在另一實施例中，諧波產生器可被用來產生IR、可見 或UV附近的短波長輸出。波長移位細微雷射系統的一個實 例在標題為“Fiber Gain Medium Marking System Pumped or Seeded by a Modulated Laser Diode Source and Method of Energy Control.”的美國專利6,275,250中被提供。’250專利 24 200917346 的第10圖和相關本文揭露了一光纖式ΜΟΡΑ裝置，其具有一 545nm輸出波長，其相對應l〇90nm種子二極體的頻率加倍。 對於每一修整應用都可找到最佳脈衝寬度。如果雷射 脈衝寬度可被容易地調整，則可以明顯地改善處理視窗。 5 同時被期望的是，具有可調諧的脈衝寬度以使最佳耦合可 被找到，從而所需的最小能量可被找到，減小的光電效應 從而被實現。已公開的PCT申請案WO 98/42050和美國專利 號6,727,458; 5,867,305; 5,818,630;以及5,400,350例示各種 雷射二極體式組配。這些專利文件的教示可被單獨或組合 10 使用，以產生合適的脈衝寬度、重複率和脈衝形狀。GSI Group Inc.型號M-430的記憶體修整裝置和M320記憶體修 整系統包括種子二極體/光纖放大器組配。最近發佈的M35〇 修整系統可組配到一 ΜΟΡΑ雷射系統架構。 本發明之至少一實施例的一個層面是透過減小或消除 15沿修整路徑的熱影響區域(ΗΑΖ)(如第4b圖所示）提高後修 整穩定性。不論是快速上升/下降、脈衝整形、干開關雷射 還疋超紐雷射都可以被使用。此外，較少的剩餘能量被留 在修整路徑附近的相鄰區域，從而較小的熱影響區域(HAZ) 被產生。快速上升/下降、脈衝整形雷射可被用於修整來一 20般地減小沿各種類型裝置之修整路經的引起的後修整 漂移。 同才取地’脈衝整形和超短雷射技術之一合適的組合也 可較佳地用於某些高要求的應用中。 —光束整形光學裝置可被用來產 25 200917346 生平頂光束輪廓，以減小沿修整路徑的HAZ。 當雷射的脈衝寬度被減小時，由熱擴散長度指示的熱 影響區域被縮短。已顯示的是，當該過程主要是熱性^日^ 擴散長度正比於雷射脈衝寬度的平方根。當脈衝期間小於 5電子-光子互動時間常數的脈衝期間（即大致是幾皮秒，取、夫 於特定的材料）時’互動變成非熱性質。HAZ在這種情:兄下 將被消除。超短雷射可被用於修整，以減小或消除沿修整 路徑之HAZ(如第4b圖所示）引起的後修整漂移。 進一步的改進可用空間光束整形產生，其中雷射光束 10 從一習知高斯形變換成一平頂形（即，第5b圖）。這可減小用 於修整的光點大小’從而減少或消除高斯光束尾部部分的 能量’而該尾部能量是加熱修整路徑周邊區域的主要原因 之一。由於較少的能量留在了修整切口的外面，對於同樣 的總能量將有更少的HAZ產生。一較佳為平頂空間的整形 15光束可用於修整來減小沿修整路徑的HAZ引起的後修整漂 移。 第6圖說明一完整雷射修整系統的若干元件。在第6圖 的實施例中，一ΜΟΡΑ組配被顯示，該組配具有一半導體種 子雷射器和光纖放大器，如在受讓給本發明受讓人之美國 2〇專利6’727,458中所例示（即，第5和7圖）。例如具有若干皮秒 (ps)到大約1 〇奈秒(ns)範圍内的一脈衝寬度的一方形脈衝被 典型地產生。例如鋸齒形狀的其他脈衝形狀被揭露。一半 導體種子一極體提供例如脈衝寬度的多個脈衝特性的直接 調變和調整。波長可以是一汉波長。 26 200917346 第6圖的系統也包括一習知快門、—去偏極板 (de-p〇larizer)、一偏極板、一隔離器（以避免背向反射卜鏡 子 光束分離器、一中繼透鏡、一 A〇M(聲光調變5|)以 及則擴展器，所有的這些都為本技術領域所熟知，並且 5在許多推述光纖雷射的專利中被揭露。 苐6圖的糸統也包括一 ac壓控液晶相位可變延遲琴 (LCVR)和底座。該LCVR包括被夾在兩平板之間的一雙折 射液θθ。如為本技術領域所知，雙折射液晶可旋轉雷射光 束的偏極化，因為光以不同的速度沿通過該雙折射液晶的 _的轴移動’從而產生偏極化相移。在這裡，LCVR旋轉 線性偏極化雷射光束，因此可使得任何線性偏極化雷射光 束射在目標(鏈)上，其中偏極化平行或垂直於鏈長度方向。 此外，雙折射液晶也能將線性偏極化雷射輸入轉換成橢圓 形或圓形偏極化雷射輸出。當其從LCVR到將被加工之晶粒 15的工作表面穿行時，雷射光束保持其偏極化。 被把加到液晶相位可變延遲器的電壓被一數位控制器 和/或手動控制器控制，該控制器經由一電纜與該液晶相位 可Μ延遲器溝通。手動控制器可被使用者調整，以基於舉 例來說將被破壞或熔斷之鏈路是垂直的還是水平的之使用 20者的知識改變到LCVR的電壓。數位控制器從電腦接收輸 入，以基於儲存在該電腦中的資訊自動地改變到LCVR的電 壓，其中§玄資訊與將被切斷之鏈路的排列有關。來自電腦 的輸入控制该數位控制器來使合適的電壓被施加到 LCVR。用來實現上述水平極化、垂直極化、圓雜化等的 27 200917346 恰當的電壓可根據實驗被決定。 在一實施例中’數位控制器被規劃以在三個相對應垂 直線性極化、水平線性極化和圓形極化之不同的電壓中選 擇。在其他實施例中，該數位控制器儲存各種電壓包括 與各種橢圓極化相對應的電壓。其他實施例也是可炉的， 其中液晶相位可變延遲器能旋轉線性極化到除了垂直或水 平外的多個角度，上述各種角度極化被證明對於切卹戋修 整特定類型的結構是有用的。 10 15 第6圖的系統也包括一個用於傳送聚焦光束到—半導 體晶圓之一單一晶粒上之目標的子系統。雷射光束定位 制較佳地包括一對鏡子以及所附接之各自檢流計（… _ ^ 1，攸本 專利申請案的受讓人處可得的各種電流計）。雷射光束〜位 機制引導雷射光束通過一透鏡（其可以是遠心的或非遠、 的）。X-Y鏡式檢流計系統可提供整個晶圓的視界(angw coverage)，如果保持足夠的準確性。除此之外，各種^ 4 機制可被用來提供晶圓和雷射光束間的相對運動。例如 雙軸精準步進重複轉換器可被用來基於鏡式系統定 ., 日日1M] 檢流計(例如，在χ-γ平面）。雷射光束定位機制沿兩條垂直 軸移動雷射光束，從而提供雷射光束橫跨晶圓區域 2〇 ^ 、】—維 疋位。每一面鏡子和相關的檢流計在電腦的控制下沿其各 自的X或y抽移動光束。

光束定位子系統可包括其他光學元件，諸如用於調整 雷射光點大小和/或雷射光點在晶圓之一晶粒位置自動聚 焦的受電腦控制的光學子系統。 A 28 200917346 第6圖的系統也可以包括一用以決定雷射調整加工結 束的一光學感測器系統。在一實施例中，該系統的一光學 感測器可包括與第6圖所示之一照明器組合操作的一相機 (如在9354公開案中之所述）。在另一實施例中，該系統的 5光學感測為包括一單一光檢測器，其中雷射脈衝被AOM減 弱，並且該減弱的脈衝從晶粒被反射回來之後被光檢測器 感測。在又一另外實施例中’ 一低功率雷射（沒有在第6圖 中顯示，但是被顯示在’7581公開案的第13圖中，並且在其 說明的相對應部分中被描述）可被用於光學檢驗或檢測的 10 目的。 第7圖說明另一實施例，其中一綠光*uv鎖模雷射器 或一光纖雷射器被使用。這樣的一UV鎖模雷射系統在標題 為 “Method of, and Apparatus for, Surgery of the Cornea” 的 美國專利6,210,401中被例示。儘管其主要針對雷射手術， 15但其中已揭露的是，本發明對於電路修復、光罩製造和修 復以及電路直寫領域中的微電子應用也是有用的。第u_18 圖和相關的本文揭露雷射系統。所產生的雷射脈衝可具有 約l〇ps或更短的脈衝寬度。 第5a圖說明可從ΜΟΡΑ或鎖模雷射產生的用於修整的 20 叢發脈衝。此外’多個脈衝可被用以完全利用超短雷射加 工或在其他減小的脈衝寬度。從鎖模雷射或Μ Ο ΡΑ光纖組配 可得的高重複率一般將提供快速通量。該通量可能受限於 蒸汽/電漿/羽流’來自先前的脈衝與目標材料互相影響。造 成基材損傷的雷射能量可被極大地幾乎以因子N減小，其中 29 200917346 N是用於修整之叢發脈衝的脈衝數目。當雷射透過熔斷保險 絲鏈路進行修整時，這一點是極其有利的，如下文所討論。 此外，其他皮秒和飛秒雷射可被用在本發明的各個實 施例中。例如，在標題為“Laser System and Method for 5 Material Processing with Ultrafast Lasers” 之美國專利 6,979,789的第1-8圖和相對應本文中，以及在已公開的標題 為 “Laser-based Method and System for Memory Link Processing with Picosecond Lasers” 之美國專利申請案 2004/0134896的第6a-8e圖和相對應本文中所揭露的雷射類 10 型可被使用。一般地說，光纖式系統較佳地是使用在採用 整形脈衝或超短脈衝的實施例中。 以下雷射類型也可以被使用（如在’9354公開案中所揭 露）： 1. Q-開關薄圓盤雷射。這樣的雷射可產生ns範圍（典型 15 的l-30ns)内的短脈衝，並且具有圓盤雷射的所有優點。基 於圓盤雷射的共振器設計的例子在’9354公開案的第18圖 和相對應本文中被說明。上述設計包括一面鏡子（HR， R=5000mm)、Yb:散熱片上的YAG圓盤、一面鏡子（HR， R=-33000mm)、一AOM和組件(τ=ΐ〇〇/0，平面）。在該實施 2〇例中，晶體厚度是15〇μηι’泵直徑是2.2mm，腔長是840mm。 2. 再生薄圓盤放大器。一典型系統組配被顯示在，9354 公開案的第20圖中，其包含： a)—種子雷射器，其包括一薄圓盤泵模組、一立奥(Ly〇t) 濾波器、一標準具、一輸出耦合器和一最佳隔離器。 30 200917346 b) —脈衝限幅器，其包括一 λ /2板，一勃克爾盒(Pockels cell)和一 TFP ; c) 一對鏡子； d) · —輸入··輸出分離模組或單元，其包括·一面鏡子、一 5 TFP、一檢測輸出光束的檢測器，一；1/2板和一法拉第隔離 器（Faraday isolator);以及 e) —再生放大器，其包括一TFp、一些鏡子、一薄圓盤 系/爾模組、一知鏡、一 λ /4板、一勃克爾盒和一端鏡。 3.圓盤式超短雷射。一個例子是Yb:YAG被動鎖模振 10盪器，其將產生16.2瓦特，其中在34.6MHZ處的脈衝寬度是 730fs，該例子在 OPTICS LETTERS, 25, 859 (2000)中被描 述。另外一個例子是諸如在，9354公開案的第19圖中說明的 薄圓盤再生放大器。種子雷射器可被用作主振盪器，其本 身可為以上緊接描述的一圓盤雷射器或其他類型的超短雷 15射源。這種組配由於超短脈衝寬度而提供高脈衝能量。薄 圓盤再生放大器的一個例子在，9354公開案的第19圖中被 顯示，其包含： a) 主振盪器； b) —些鏡子； 20 C)一分離模組或單元，其包括一偏極板、用於檢測來 自忒偏極板之輸出光束的一檢測器，一法拉第旋轉器 (Faraday rotator)和—λ /2板；以及 d)—共振器單元或模組，其包括被安裝在一散熱片上 的一薄圓盤、一些鏡子、一偏極板、- λ/4板、-勃克爾 31 200917346 盒和一面鏡子。 田超短脈衝經由諸如窗或者甚至空氣的通透媒體傳 播時其由於材料色散而將在時間上延伸。當聚焦超寬頻 氣心脈衝時，透鏡色散的補償應被提供，以獲得聚焦超短 矿衝π而未失真光點大小的最佳解決方案。控制色散效 應的此力對於所有需要超短（飛秒）雷射脈衝的應用來說非 $重要口此，在光束傳送子系統中的光學元件必須經過 精又计和選擇，以獲得最小相位失真從而具有最佳的色 政性此。這些色散補償或受控光學元件(例如，旋轉鏡、光 10束分離器、透鏡、棱鏡等)在商業上是可得的。一個上述元 件供應商疋；Femtolasers Produktions GmbH, Vienna

Austria。 本發明的一些實施例可被使用在各種修整操作中：厚/ 薄膜、用於修整主動裝置以及一般用於修整有以微小間距 被佈局之電路元件的裝置。上述裝置、周圍電路或基材可 能呈現明顯的光電靈敏度。 透過舉例的方式，第8a圖是一示意性的示波器軌跡， 其顯示一個具有光電靈敏度和經歷例如1·〇47μηι或1.〇64μιη 雷射之先前技術功能性雷射加工之一裝置的輪出電壓中的 20 瞬間下降。參考第8b圖’在2.01ΚΗΖ之1_32μηι處的雷射輸出 脈衝被指向一啟動電壓調整器的一電阻器，如在’995專利 中所揭露（實質上與先前所討論的電壓調整器相同）。第8b 圖是一示意性的示波器轨跡，其顯示根據本發明將被加工 之一典塑電壓調整器裝置的輸出電壓。來自整形脈衝雷射 32 200917346 的有超短脈衝寬度或適當短脈衝的雷射輸出 啟動裝置的一電阻哭。沪、+.爺π Λ 一 m田述電壓調整器輸出電壓的第扑圖 的示波器直線執跡顯示在輸出電壓中沒有由於可忽略的光 電回應引起的瞬間下降。 5因此，在用⑶㈣雷射加工的情況下，測量可在雷射 衝擊後立即進行，或在雷射衝擊之前或之後的任何時候進 行，用以獲得輸出電壓的真實測量值。然而，根據本發明 之實施例’性能將在較短波長處獲得其中雷射光點大 小更小，從而適於較小切口大小的製造以及用於在-更精 10細的大小上進行雷射加工。 你3寻利中所揭露的在1.32μηι的進行操 作’雷射輸出脈衝可以以更短的時間間隔(即，以一更高重 複率)被施，，因為在測量可被獲得之前不需要恢復時間。 15 口此更π的加工通I可被實5見。這些優點可用本發明的 實施例實現’但是其巾絲大錢社叫喊相仿波長處 可實現的光點大小更小。 •根據本發明之功能性加工的預期類似結果包括一頻率 帶通遽波器不超過其頻率響應規格的雷射修整、光檢測器 電路以及各種主動信號加工電路和裝置的雷射修整。 例如$ 1 e圖的倍增管（但是在電路大小和間距被縮小 之更精細大小）可被加工。 本發明之至少—實施例的另外-種用途是修整-被啟 動A/D或D/A轉換器的—電阻器，用以實現有特定轉換精確 度的輸出電阻可被調整，透過在—厚膜電阻器中形成一 33 200917346 切口、透過移動-梯形網路的鏈路或兩者。 再一一人為又一另外實例參考第Id圖，-可調整脈衝整 形雷射可被用來修整許多電路元件於其上被形成之一半導 體晶圓之一晶粒的—部分。上述電路元件包括-組2微米金 5鍵路110和-組2微来鋼鏈路112，以及一⑽、氮化组或 船薄膜電阻元件114，以上所述的任何—個可用本發明之 至J-實施例的方法和系統加工。在該例子中，電路透過 _該等鍵路被調整。薄膜電阻器也被修整。脈衝寬度是 可调整的，並且l〇-2〇ns的典型脈衝寬度被使用。 10 在以上所描述的每一個例子中，例如1.12μηι ' 1.〇64μιη、〇·7-〇_8μηι、可見或紫外線波長的一減小的波長 雷射輸出將被採用。與較短脈職度相關的較低雷射脈衝 月匕里將至少平衡1.32μιη或其他波長在矽吸收邊緣之外的減 弱的矽吸收效應。 15 如在9354公開案中所揭露，用於雷射修整的光點沿一方 向可旎具有非均勻光強分佈和小於大約15微米的光點直徑。 大約6-15微米的一範圍對於修整許多薄膜裝置是較佳的。 在一些實施例中，一較小光點大小可被用來調整一裝 置，無論是在一小型裝置上形成減小的切口還是透過斷開 2〇 一梯形網路鏈路。 例如，對於特定修整應用來說，4_6)im的光點大小可能 是合適的。進一步的性能改進可用具有極低基材傳輸之一 雷射波長和短脈衝寬度（可能是超短脈衝寬度）的組合實 現。透過舉例的方式，該基材可以是矽，雷射波長可為 34 200917346 ⑸叫’脈衝寬度可在從大約1皮秒到幾奈秒的範圍内。光 纖式ΜΟΡΑ方法是較佳的，並且其特別適用於在15細波 長處（一標準通訊波長）的操作。 在這樣一長波長組配中，動態性能（包括帶寬和動態範 .5圍）可能受限於電阻測量裝置，其中沒有由光電效應引起的 可檢測到的延遲。偽輸出可能在測量裝置的檢測限值(“雜 _ 訊基準”）以下，並且很困難谓測到（如果不是不可能侧到 的話）。電阻測量的有用動態範圍可能受裝置最大動態範圍 限制。例如’如果第8b圖以—展開對數刻度說明，則沒有 10 偽低階信號將被檢測到。 又-另外的例子是在，726專利公開案中所揭露的先前 檢測器修整和測試的擴展。，726專利公開案大體教示在量 子效率極低的修紐長處操作。根據本翻，修整雷射波長 也可以在光檢測器的高量子效率範圍内，儘管不一定如此需 15要。修整波長大體-般可在—吸收較弱的範圍内，例如在大 於約700nm但小於矽吸收邊緣範圍内之IR附近的修整。 當電路和其他維度縮小時，本發明的實施例可提供進 • 一步增加的優點。透過舉例的方式，第9a圖說明一檢測器/ 放大器組合，其將成為一小型積體電路（光電積體電路， 20 〇EIC)的一部分。這樣一個光學接收器積體電路(被顯示為 光檢測器1C)可被用在光碟（CD)、數位視訊光碟（DVD)，以 及甚至於高清晰度DVD技術(HD-DVD)中。這些晶片的製造 不僅需要修整電路滿足一目標值，而且需要用特定光源測 試和校準電路的輸出特性。上述光源是典型的有78〇nm、 35 200917346 650nm或405nm波長的雷射二極體，後者是用於高清晰度 DVD技術（例如：藍光(Blue-Ray)(商標名稱)HD/DVD)的波 長。較佳地，一單一修整機器可被用於所有修整、校準和 測試操作。 參考第9b圖，在本發明之一示範性實施例中，一藍光 雷射源以-校準過的功率位準經由光束傳送子线903將 測量光901傳送到光檢測器。光束監視器/校準模組至少監 視雷射的功率和/或輸出，並且可結合其他元件監視各種雷 射空間和時間特性。與-系統《(圖未示）料的測試和/ 10 15 20 或修整控龍㈣;t純是碰Μ、監鋪作並且決定 檢測器（並且很可能是-機載放大器）的輸出是否符合規 格。在-實施例中，檢測器可用有高量子效率的短波長區 域(例如’藍綠光)啟動。電路的各個元件然後可以使用短波 ^也在㊣量子效轉域⑴隨需要修整，其中可能減小切口 寬度(從而支援進一步的小型化）。 处過举例的方式 , /Ζ〇寻利公開案和，995專利之教不 照，並且參考第9a、％和_，在這裡光檢測器可 —極體’諸如在短可見波長(例如，4.450·)具有 :敏度的象限光電官。在增加晶圓規模整合的趨勢 :二:極體可以姆材上。此外，檢測器可與鄰近的 4〇5ηι^ ^^^―起被纟且配。測量光束可使用 可用I右先雷射二極體輸出被產生。在精細大小的修整方面 二Γ脈衝寬度的綠光雷射，或可能-—超短雷 丁。較佳地，脈衝寬度將小於或處在！皮秒到幾百皮秒 36 200917346 的數錢，以避免非目標材料中的波長敏感吸收。 第9,顯示本發明一系統之另外一實施例的附加元 件:其中若干元件與第6圖和/或於此其他地方所揭露的那 件相同。权佳地’一共同光束傳送子系統被用於測量 5和修整操作。 使用短波長進行測量和修整可解決至少一些產生小光 點大小的光學設計挑戰，例如在可見雷射波長數量級上的 光點大小。測量光束和修整光束能量經由第9c圖之共同光 學子系統的傳送是較佳的，相對於獨立光學子系統對於各 10個波長是最佳的。 用於處理一些裝置的這種雷射系統的設計可大體上包 括先驗資訊的使用。例如多種材料裝置的材料模型可被使 用。另外，雷射能量特性的精準控制以及聚焦光點形狀的 控制和雷射光束衝擊的三維定位可在本發明的某些實施例 15 中使用。標題為 “Method and System for Precisely Positioning a Waist of a Material Processing Beam to Process Microstructures Within a Laser Processing Site”（編號 6,573,473)、標題為 “High Speed Precision Positioning Apparatus”（編號 6,949,844)以及標題為 “High Speed 20 Precision Laser-Based Method and System for Processing One or More Targets With a Field”（編號6,777,645)的美國專 利被受讓給本發明的受讓人。上述揭露教示了光點整形 (即，聚焦成完好的圓形和非圓形光點）以及包括具有一微米 數量級光點大小雷射光束之雷射光束三維精準定位的多種 37 200917346 方法。 在本發明的一些實施例中，具有盡可能長脈衝寬度的 一超紐雷射將被使用。該選擇將最小化花費和例如光柵壓 縮器和伸展器的所需光學元件的數目。舉例來說，約50皮 5秒的一脈衝寬度對於在某些特定短波長實施例中使用可能 疋合適的。然而，隨著超短波技術的繼續發展，利用亞皮 秒技術的各種實施例可提供生產環境中飛秒技術的商業實 現，其中系統在生產環境中持續不間斷地操作（即 :每週7 天’每天24小時）。 1〇 、這㈣說明性實施例可以在不脫離本發明範圍的前提 下以各種方式組合。 儘管本發明的一些實施例已經被說明和描述，而這些 實施例並W和描述本發，财可細彡式。相反 15 20 =㈣中使用的字語是描迷字語而非限制，並且 τ理解的疋，各種改變可在不脫離 前提下實現。 離本發明之精神和範圍的 【圖式簡單說明】 第_說明經由利魏雷射輪出之各種習知功能修整 系統獲付的操作和結果；第la圖是〜扣 少 具有電阻薄膜路徑之電阻器的積體電^ 一屬接觸之間 開的俯平面圖；㈣圖是一先前技術自動被部分拆 和待測裝置的—方塊圖；第1(：圖是 」:正糸統 ϋΐ > +Υ^Λ y- 13曰e的—間化示意 力二=—特定+電壓對之間^ 純擊的電阻’其中㈣le圖分㈣應由_幽 38 200917346 公司於l976年出版的標題為”N〇nlinear Circuits出祕⑽k” 之手冊第3章的第3和4圖；第Id圖是-半導體晶圓的晶粒之 -被4刀拆開的俯視不意圖；在該晶粒上有薄膜電阻元件 以及金屬鏈路（即，鋼、金或銘等）；將被加工之裝置的另外 5 —可能的組合將包括厚膜式穿置. 第2圖疋- S兒明修整所需的最小相對能量與脈衝寬度 之間函數關係的圖； 第3a-3d®是說明對於某些半導體材料來說的吸收和 光電響應之間關係，以及還有某些材料在一寬波長範圍上 10 的吸收；第 3a 圖是從 Moss 的‘Optical Properties 〇f

Semiconductors”的第9.7圖截取的，該圖說明了包含硼和銦 的矽的光譜響應；第3b圖是從Lapham等人的美國專利 4,399,345擷取的，該圖說明了矽吸收與波長之間的函數關 係；第3c圖顯示如在，995和，272專利中所說明的基於矽和坤 15化鎵銦之檢測器與波長之間的典型響應度曲線；第3d圖是 從Lm等人的公開案（下文）中擷取的，該圖說明波長和摻雜 '辰度對於矽損傷臨界值的影響，其中脈衝波的寬度是l50fs; 第4a圖是有一相對大haZ之一習知雷射修整的一俯平 2〇面不意圖；第仆圖是有很小或沒有HAZ之一示範性超快雷 射修整的—俯平面示意圖；第4c圖是一電阻器的一組合圖 和側面視圖，該圖說明用本發明之一實施例將被獲得的— 切口大小和輪廓；一聚焦雷射點和一脈衝寬度次繞射受限 的切口大小被顯示； 、 第5a圖是雷射材料加工脈衝序列的一個例子； 39 200917346 第5 b圖是對於根據本發明之一實施例所產生的第5 a圖 的雷射材料加工脈衝之一來說的一個被放大的功率（Y-軸) 與時間（X-軸）的關係曲線圖； 第6圖是說明相對應本發明一實施例之系統的一示意 5 方塊圖； 第7圖示意性地說明相對應本發明另外一實施例的一 系統；（該系統可包括具有一皮秒或更短之一脈衝寬度的一 短波長鎖模或光纖雷射器）； 第8a-8b圖是示波器軌跡；第8a圖的執跡顯示一典型電 10 壓調整器裝置的一輸出電壓，其中該裝置根據本發明之一 實施例經歷雷射功能性加工；有超短脈衝寬度的雷射輸出 脈衝可指向一啟動電壓調整器的一電阻器；第8b圖的示波 器直線執跡描述該電壓調整器的輸出電壓，並且顯示輸出 電壓中沒有瞬間電壓降；因此，測量可在雷射衝擊後立即 15 進行，或者在雷射衝擊之前或之後的任何時間進行，以獲 得輸出電壓的一真實測量值； 第9a圖是說明一示範性光檢測/放大器裝置的一示意 圖，其中該裝置可根據本發明被修整和測量；以及 第9a和9c圖說明一些用於修整和測試第9a圖之裝置的 20 系統。 【主要元件符號說明】 110…金鍵路 501…脈衝 112·"銅鏈路 901…測量光 114...薄膜電阻元件 903…光束傳送子系統 40

Claims (1)

1. 200917346 十、申請專利範圍： ;至 >、電氣元件之高速精準雷射式修改以調 整一可測量參數的方法，其中該至少—電^件包含一 目標材料，並且該材料被支撐在一基材上面，該方法包 含以下步驟： t 里復平屋生具有一或更多雷射脈衝的一脈衝 雷射輸出’其中每_雷射脈衝具有—脈衝能量、一雷射 波長以及至少—時間特性，其足以減小該目標材料的- P臨界婦密L免在—非目標材社實質偽光 %效應和對該非目標材料之不期望的損傷；以及 聚“、、成至v 一光點的該—或更多雷射脈衝選擇 :照射該至少-電氣元件，以引起具有該波長、能量 :至少-時間特性的該一或更多雷射脈衝選擇性地 2邊至少-電氣it件之該目標材料的—物理性質，而 目俨：免在該非目標材料之該實質偽光電效應和對該 目標材料不期望的損傷。 2. 如申請專利範圍第丨項所述 摆丨 攻之方法，其中該照射步驟選 擇性地熔蝕該目標材料的— 、， §... 邛刀，亚且該波長在至少該 目仏材枓之-祕靈敏度範_。 3. 如申請專利範圍第!項所述之 特性包括-脈_間，並且；J，其中該至少一時間 著減小的脈衝期間減小。、中_佩界能量密度隨 4. 如申請專利範圍第丨項所述 元件可操作地耗接到’其中該至少一電氣 有Θ可測量參數的電子裝 41 200917346 置，並且其中該方法進一步包含以下步驟： 啟動該裝置的至少一部分；以及 在該產生步驟期間或之後測量該可測量參數的一值。 5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該至少一時間 特性包括大約25飛秒或更長持續時間的一脈衝期間。 6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該至少一時間 特性包括一實質方形脈衝形狀，並且其中每一雷射脈衝 具有少於大約10奈秒的一持續時間。 7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該目標和非目 標材料都被支撐在該基材上面’其中該基材為具有一基 材熔蝕能量密度臨界值的一非目標基材。 8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中每一雷射脈衝 具有大於2 5飛秒且小於大約10奈秒的一持續時間。 9. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該雷射式修改 是雷射修整，並且其中該方法進一步包含以下步驟： 比較該參數的一實際值與該參數的一預選值；以及 決定該目標材料是否需要用該雷射輸出進行額外 照射來滿足該裝置之參數的該預選值。 10. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該目標材料構 成一目標結構的一部分，而該非目標材料包含支撐該目 標結構之該基材的一材料，並且其中該非目標材料包含 石夕、鍺、珅化鎵銦、半導體和陶莞材料中的至少一種， 而該目標材料包含|呂、鈦、鎳、銅、鶴、翻、金、鉻、 氮化钽、氮化鈦、矽化鉋、摻雜型多晶矽、二矽化物及 42 200917346 多矽結構中的至少一種。 11. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該非目標材料 包含鄰接該目標材料之一電子結構的一部分。 12. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中該鄰接電子結 構包含一基於半導體材料的基材或一陶瓷基材。 13. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該目標材料構 成一薄膜電阻器、一電容器、一電感器、一積體電路或 一主動裝置的一部分。 14. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中目標材料構成 一主動裝置的一部分，其中該主動裝置包括至少一導電 鏈路，並且其中該裝置透過執行該產生和該照射步驟而 移動該至少一導電鏈路而至少部分地被調整。 15. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該目標材料或 該非目標材料包含一光電感測元件的一部分。 16. 如申請專利範圍第15項所述之方法，其中該光電感測元 件包含一光二極體或一CCD。 17. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該裝置是一光 電裝置，並且該目標材料或該非目標材料包含該光電裝 置的一部分，該裝置包括一光感測元件和一被可操作地 耦接到該光感測元件的放大器，並且其中該雷射波長在 該光感測元件之一高量子效率區域内，藉此該至少一光 點的大小相較於在大於1 μηι之一波長所產生的一光點 大小是可縮小的。 18. 如申請專利範圍第17項所述之方法，其中該光感測元件 43 200917346 和該放大器為一整合組件，並且其中該方法進一步包含 以下步驟： 產生一光學測量信號；以及 沿一路徑引導該測量信號，其中該路經與該一或更 多雷射脈衝的一路徑具有一共同部分。 19. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該決定步驟實 質上在該照射步驟之後馬上被執行。 20. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中在該照射和該 測量步驟之間實質上沒有裝置趨穩時間。 21. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中該至少一電氣 元件包括一或更多實質上具有不同光學性質的元件，其 中該產生步驟用一主振盪器和功率放大器（ΜΟΡΑ)被執 行，該主振盪器包括一半導體雷射二極體；並且其中該 方法進一步包含步驟：施加一信號到該雷射二極體來控 制該至少一時間特性，以選擇性地修改該目標材料的物 理性質。 22. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該至少一時間特 性包括一脈衝期間，其中該基材是一矽基材，其中該波長 小於1.6μιη，並且其中該脈衝期間小於大約100皮秒。 23. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該波長大約是 1·55μιη，並且該產生步驟用一摻铒光纖放大器和一種子 雷射二極體至少部分地被執行，其中光電靈敏度在測量 與該至少一元件相關的一操作參數之裝置的一檢測限 值以下，藉此，測量的有用動態範圍受該裝置之最大動 44 200917346 態範圍限制。 24. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該至少一時間特 性包括一脈衝期間，其中該基材是一矽基材，其中該波 長小於800nm，並且其中該脈衝期間小於大約100皮秒。 25. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該至少一時間 特性包括一脈衝期間，其中該基材是一矽基材，其中該 波長小於550nm，並且其中該脈衝期間小於大約10皮秒。 26. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該至少一時間特 性包括脈衝期間，其中該基材是一矽基材，其中該波長 小於400nm，其中該脈衝期間小於大約10皮秒，並且其 中該產生步驟用一UV鎖模雷射器至少部分地被執行。 27. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該產生步驟使 用一ΜΟΡΑ至少部分地被執行，並且其中該等雷射脈衝 之中每一個的時間形狀實質為方形，其中有大約2奈秒 或更短的一上升時間。 28. 如申請專利範圍第20項所述之方法，其中該趨穩時間是 0.5毫秒或更短。 29. —種用於至少一電氣元件之高速精準雷射式修改以調 整一可測量參數的系統，該至少一電氣元件包含被支撐 在一基材上面的一目標材料，該系統包含： 一雷射子系統，其以一重複率產生具有一或更多雷 射脈衝的一脈衝雷射輸出，其中每一雷射脈衝具有一脈 衝能量、一雷射波長和至少一時間特性，其足以減小該 目標材料之一熔蝕臨界能量密度，以避免在該非目標材 45 200917346 料之實質偽光電效應以及對該非目標材料不期望的損 傷；以及 一光束定位器，其用聚焦成至少一光點的該一或更 多雷射脈衝選擇性地照射該至少一電氣元件，以引起具 有該波長、能量和該至少一時間特性的該一或更多雷射 脈衝選擇性地修改該至少一電氣元件之該目標材料的 一物理性質，而同時避免在非目標材料之該實質偽光電 效應以及對該非目標材料不期望的損傷。 30. 如申請專利範圍第29項所述之系統，其中該一或更多聚 焦雷射脈衝選擇性地熔蝕該目標材料的一部分，並且該 波長在至少該目標材料之一熔蝕敏感度範圍内。 31. 如申請專利範圍第29項所述之系統，其中該至少一時間 特性包括一脈衝期間，並且其中該熔蝕臨界能量密度隨 著減小的脈衝期間減小。 32. 如申請專利範圍第29項所述之系統，其中該至少一電氣 元件被可操作地連接到一具有該可測量參數的電子裝 置，並且其中該系統進一步包含： 一電氣輸入，用於啟動該裝置之至少一部分；以及 一檢測器，用於在該一或更多雷射脈衝產生後測量 該可測量參數的一值。 33. 如申請專利範圍第29項所述之系統，其中該至少一時間 特性包括大約25飛秒或更長持續時間的一脈衝期間。 34. 如申請專利範圍第29項所述之系統，其中該至少一時間 特性包括一實質方形脈衝形狀，並且其中每一雷射脈衝 46 200917346 具有小於大約ίο奈秒的一持續時間。 35. 如申請專利範圍第29項所述之系統，其中該目標和非目 標材料都被支撐在該基材上面1該基材為具有一基材溶 I虫能量密度臨界值的一非目標基材。 36. 如申請專利範圍第29項所述之系統，其中每一雷射脈衝 具有大於2 5飛秒且小於大約10奈秒的一持續時間。 37. 如申請專利範圍第32項所述之系統，其中該雷射式修改 是雷射修整，並且其中該系統進一步包含： 用以比較該參數之一實際值與該參數之一預選值 的裝置；以及 用以決定該目標材料是否需要用該雷射輸出進行 額外照射來滿足該裝置之參數的該預選值。 38. 如申請專利範圍第29項所述之系統，其中該目標材料構 成一目標結構的一部分，而該非目標材料包含支撐該目 標結構之該基材的一材料，並且其中該非目標材料包含 石夕、鍺、坤化鎵銦、半導體和陶竟材料中的至少一種， 而該目標材料包含铭、欽、鎳、銅、鶴、翻、金、絡、 氮化钽、氮化鈦、石夕化鉋、摻雜型多晶石夕、二石夕化物及 多矽結構中的至少一種。 39. 如申請專利範圍第29項所述之系統，其中該非目標材料 包含鄰接該目標材料之一電子結構的一部分。 40. 如申請專利範圍第39項所述之系統，其中該鄰接電子結 構包含一基於半導體材料的基材或一陶瓷基材。 41. 如申請專利範圍第29項所述之系統，其中該目標材料構 47 200917346 成一薄膜電阻器、一電容器、一電感器或一主動裝置的 一部分。 42. 如申請專利範圍第29項所述之系統，其中目標材料構成 一主動裝置的一部分，其中該主動裝置包括至少一導電 鏈路，並且其中該主動裝置透過移動該至少一導電鏈路 至少部分地被調整。 43. 如申請專利範圍第29項所述之系統，其中該目標材料或 該非目標材料包含一光電感測元件的一部分。 44. 如申請專利範圍第43項所述之系統，其中該光電感測元 件包含一光二極體或一CCD。 45. 如申請專利範圍第32項所述之系統，其中該裝置是一光 電裝置，並且該目標材料或該非目標材料包含該光電裝 置的一部分，該裝置包括一光感測元件和被可操作地耦 接到該光感測元件的一放大器，並且其中該雷射波長在 該光感測元件之一高量子效率區域内，藉此，該至少一 光點的大小相較於在大於1 μηι之一波長處所產生的一 光點大小是可縮小的。 46. 如申請專利範圍第45項所述之系統，其中該光感測元件 和該放大器是一整合組件，並且其中該系統進一步包含： 用以產生一光學測量信號的裝置；以及 用以沿一路徑引導該測量信號的裝置，其中該路經 與該一或更多雷射脈衝之一路徑具有一共同部分。 47. 如申請專利範圍第37項所述之系統，其中用以決定的裝 置在透過該光束定位器照射後實質上馬上決定出。 48 200917346 48. 如申請專利範圍第32項所述之系統，其中在該光束定位 器照射和該檢測器測量之間實質上沒有裝置趨穩時間。 49. 如申請專利範圍第29項所述之系統，其中該至少一電氣 元件包括一或更多實質上具有不同光學性質的元件，並 且其中該雷射子系統包括一主振盪器和功率放大器 (ΜΟΡΑ)，該主振盪器包括一半導體雷射二極體；該系 統進一步包含被可操作地耦接到該雷射二極體的一電 腦，該電腦被規劃來施加一信號到該雷射二極體來控制 該至少一時間特性以選擇性地修改該目標材料的物理 性質。 50. 如申請專利範圍第29項所述之系統，其中該至少一時間 特性包括一脈衝期間，其中該基材是一矽基材，其中該 波長小於1.6μιη，並且其中該脈衝期間小於大約100皮秒。 51. 如申請專利範圍第29項所述之系統，其中該波長大約是 1.55μηι，其中該雷射子系統包括一摻铒光纖放大器和一 種子雷射二極體，其中光電靈敏度在測量與該至少一電 氣元件相關之一操作參數之裝置的一檢測限值以下，藉 此，電阻測量的有用動態範圍受該裝置之最大動態範圍 限制。 52. 如申請專利範圍第29項所述之系統，其中該至少一時間 特性包括一脈衝期間，其中該基材是一矽基材，其中該 波長小於800nm，並且其中該脈衝期間小於大約100皮秒。 53. 如申請專利範圍第29項所述之系統，其中該至少一時間 特性包括一脈衝期間，其中該基材是一矽基材，其中該 49 200917346 波長小於550nm，並且其中該脈衝期間小於大約10皮秒。 54. 如申請專利範圍第29項所述之系統，其中該至少一時間 特性包括脈衝期間，其中該基材是一矽基材，其中該波 長小於400nm，其中該脈衝期間小於大約10皮秒，並且 其中該雷射子系統包括一 UV鎖模雷射器。 55. 如申請專利範圍第29項所述之系統，其中該雷射子系統 包括一ΜΟΡΑ組配，並且其中該等雷射脈衝之中每一個 的時間形狀為實質方形，其中有大約2奈秒或更短的一 上升時間。 56. 如申請專利範圍第48項所述之系統，其中該趨穩時間是 0.5毫秒或更短。 57. 如申請專利範圍第29項所述之系統，其中該雷射子系統 包括一光纖雷射器。 58. 如申請專利範圍第29項所述之系統，其中該雷射子系統 包括一圓盤雷射器。 50